雖然太陽(yáng)能和風(fēng)電場(chǎng)承諾以清潔和可再生的方式提供大量電力，但電力用戶很少靠近發(fā)電機(jī)。相反，需要使用傳輸線和開(kāi)關(guān)電路來(lái)將原始能量路由和調(diào)節(jié)到實(shí)際位置的可用形式。

雖然接觸器和繼電器在切換和布線功率方面做得非常好，但是物理運(yùn)動(dòng)部件會(huì)磨損和老化，隨著時(shí)間的推移氧化會(huì)導(dǎo)致更高的接觸電阻。在大多數(shù)情況下，使用鍍金觸點(diǎn)成本太高，特別是對(duì)于需要大量橫截面積來(lái)通過(guò)原始電流而不會(huì)升溫的高電流器件。

一種解決方案是使用非常低電阻的功率晶體管，足夠堅(jiān)固，可以處理風(fēng)力渦輪機(jī)或高容量太陽(yáng)能電池板陣列可以輸出的高電流。這些固態(tài)器件必須處理非常大的電流（在某些情況下高達(dá)1,900 A）和高電壓（在某些情況下高達(dá)1,000 V）。

本文著眼于高功率FET表現(xiàn)出低的正向?qū)娮瑁≧DS（on））。雖然存在多種零件，但我們將討論限制在1/10Ω或更低的額定值。本文將研究P通道和N通道器件，這些器件的功率從幾百瓦到5,000瓦不等。這些非常適合風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行階段以及高容量太陽(yáng)能設(shè)置，功率開(kāi)關(guān)和功率逆變器。

低壓應(yīng)用

大多數(shù)舊的太陽(yáng)能電池板和系統(tǒng)基于12 V倍數(shù)，如12,24在這些情況下，最低RDS（on）規(guī)格是理想的，需要更高的電流額定值。電壓越低，達(dá)到相同額定功率的電流越高。此外，電流越高，電線，電纜和觸點(diǎn)中的IR加熱損失越大。

對(duì)于低壓應(yīng)用，通常高達(dá)36 V，可提供600 A A IXYS IXTN600N04T2等部件現(xiàn)成的，最多可處理40 V。您可能認(rèn)為4 V對(duì)于過(guò)電壓條件并沒(méi)有那么大的擺動(dòng)空間，對(duì)于可能會(huì)產(chǎn)生陣風(fēng)的風(fēng)力渦輪機(jī)可以轉(zhuǎn)化為浪涌，您可能是正確的。然而，對(duì)于太陽(yáng)能電池板，唯一會(huì)引起過(guò)電壓的事情可能是電磁脈沖或巨大的太陽(yáng)耀斑。在任何一種情況下，我們都會(huì)遇到更大的問(wèn)題，這些問(wèn)題可能會(huì)炸毀電子設(shè)備（即使是那些仍然是新的和未使用的盒子）。

N通道IXTN600N04T2在電阻上具有最大正向狀態(tài)在-55°至+ 175°C的溫度范圍內(nèi)（圖1），它具有1.3mΩ的穩(wěn)定性，這也是理想的選擇，因?yàn)榇蠖鄶?shù)能量收集站點(diǎn)都處于環(huán)境極端條件下。

圖1：歸一化的RDS（on）電阻對(duì)溫度敏感，但在整個(gè)電流范圍內(nèi)非常穩(wěn)定。

與所有FET和半導(dǎo)體一樣，溫度過(guò)高肆虐，IXTN600也不例外（圖2）。

圖2：所有FET隨溫度降低。在這種情況下，額定溫度為175°C時(shí)，性能會(huì)在162°左右迅速下降。

對(duì)于高功率48 V面板陣列和聚光器點(diǎn)，N通道Microsemi APTM10UM01FAG已準(zhǔn)備好通過(guò)860 A通過(guò)1.6mΩ系列RDS（on）在100 V時(shí)。作為Microsemi APT單開(kāi)關(guān)FREDFET系列的一部分，這些器件可處理2,500 W并使用SP6直接安裝到散熱器（隔離封裝）。

請(qǐng)注意，如上所述，熱量是任何一個(gè)的敵人。這些部分。即使電阻為1.6mΩ，漏極和源極引腳的電壓降也會(huì)為1.376 V.在860 A時(shí)，這部分需要耗散近1,200 W的功率。連接器電阻也很重要，因?yàn)橛|點(diǎn)的1/10Ω電阻在860 A時(shí)會(huì)下降86 V.

升級(jí)

更現(xiàn)代的趨勢(shì) - 使用串聯(lián)串聯(lián)的光伏電池板來(lái)創(chuàng)造更高的電壓水平 - 在許多方面都是有益的。首先，您可以在不增加電流的情況下增加功率。這在材料成本方面節(jié)省了很多，特別是當(dāng)您消除厚銅電纜時(shí)。

當(dāng)多個(gè)光伏電池板串聯(lián)放置時(shí)，它們可以送入低成本的并網(wǎng)逆變器，相位角通過(guò)交流電表傳回電能。例如，如果面板電壓為180或360 V，則可使逆變器更容易提供標(biāo)準(zhǔn)120 Vrms交流電源線的169個(gè)峰值或339個(gè)峰峰值電壓。例如，169 V源可以使用H橋配置為直接驅(qū)動(dòng)的正弦波提供339 Vp-p電平。

高壓功率FET可以在這些應(yīng)用中使用。以Microsemi APT51M50J N溝道500 V MOSFET為例。它可以通過(guò)非常低的75mΩ串聯(lián)電阻傳遞51 A電流，以消耗高達(dá)480 W的功率。作為該公司Power MOS 8系列的一部分，這些器件具有低柵極輸入電容。這轉(zhuǎn)換為更高的開(kāi)關(guān)速度，因?yàn)槊桌招?yīng)可以倍增柵極電容并限制轉(zhuǎn)換速率和開(kāi)關(guān)速度。關(guān)于MOS 8靜音切換的Microsemi產(chǎn)品培訓(xùn)模塊可以在Digi-Key的網(wǎng)站上找到。

雖然60 Hz逆變器設(shè)計(jì)確實(shí)不需要高速部件，但高速不會(huì)受到影響。這些部件的一個(gè)很好的特點(diǎn)是相對(duì)小巧且易于使用的SOT-227封裝，可以安裝在散熱良好（或冷卻）外殼內(nèi)的外殼上（圖3）。

圖3：相對(duì)較小的SOT-227為散熱和散熱提供了良好的熱連接，同時(shí)處理了相當(dāng)多的功率小面積。

類似的部件來(lái)自意法半導(dǎo)體，它制造N溝道53 A STE53NC50 MOSFET。該器件在500 V時(shí)具有典型的70mΩ導(dǎo)通電阻，并且還能夠以高于60 Hz的微小速率進(jìn)行開(kāi)關(guān)。該公司的Power MESH II系列基于覆蓋技術(shù)，可增加內(nèi)部表面積，使RDS（on）保持低電平，同時(shí)提供快速開(kāi)關(guān)速度和柵極電荷堅(jiān)固性。大約1 x 1.5英寸。 ISOTOP封裝也可與SOT-227相媲美。

雖然過(guò)電壓通常不是太陽(yáng)能電池陣列正常運(yùn)行的問(wèn)題，甚至風(fēng)力渦輪機(jī)也不會(huì)出現(xiàn)尖峰和浪涌。即使是遠(yuǎn)距離的燈光也可以傳播，特別是對(duì)于并網(wǎng)系統(tǒng)。到目前為止提到的部件都有反向恢復(fù)保護(hù)二極管可以提供幫助，但是對(duì)于N通道部件，電子是主要的載流子，電子移動(dòng)很快。

這就是為什么P通道部件仍然活著，雖然不那么受歡迎。 P溝道部件使用孔作為主要載體，其通過(guò)半導(dǎo)體材料的移動(dòng)較慢。因此，P溝道部分通常比N溝道部分更能打擊。

對(duì)于那些棘手和關(guān)鍵的應(yīng)用，您可能希望從IXYS探索P通道IXTN170P10P 。同樣采用SOT-227封裝，最高可達(dá)100 V和170 A，導(dǎo)通電阻為12mΩ。作為該公司PolarP系列的一部分，這些雪崩級(jí)零件堅(jiān)固耐用，可處理高工作電流和浪涌電流。

總結(jié)

可使用機(jī)械電極的固態(tài)替代品用于更高功率的能量收集設(shè)施并且成本更低。固態(tài)部件的好處是它們有效地支持非常高的電流，而不需要使用金或銀觸點(diǎn)來(lái)保持低電阻。